超表面(Metasurface)作为一种二维平面结构,因其能够在平面内对电磁波的相位、幅值、偏振、频谱及传播方向等属性进行调制而受到广泛关注。本论文首先设计了对称三孔缝超表面阵列以及非对称三孔缝超表面阵列结构。研究了这两种模型的结构参数分别对Fano共振、双Fano共振特性的影响,并在此基础上分析调控上述共振特性的物理机理。在此基础之上,还利用上述结构提出了双L型孔缝的三层Babinet超表面极化转换结构,并就结构参数对极化转换特性的影响进行了研究,分析了其潜藏的物理机理。最后将表面电流引入到三孔缝超表面上方,研究了理想电流模型在孔缝超表面产生Smith-Purcell辐射的基本特性。主要研究成果如下:1、提出了一种三个相同矩形孔缝的Babinet超表面阵列结构,分析了其结构参数对电磁波入射该结构的Fano共振的影响,通过研究发现,当孔缝宽度在一定范围内变化时,Fano共振的暗模式不发生改变,而明模式则发生了轻微蓝移。所以,可以通过调谐孔缝宽度适当单独调谐明模式;当孔缝长度增加时,明暗两种模式同时发生了不同程度的红移;当孔缝之间的间距增加时,暗模式发生了红移,明模式则发生了蓝移。并分析了上述三个参数分别变化对Fano共振的品质因数的影响。2、研究了非对称三孔缝Babinet超表面阵列结构,分析了它的结构参数对双重Fano共振现象的影响规律,双重Fano共振由Toroidal模式、暗模式分别与明模式相互干涉而形成。研究表明,当特殊矩形孔缝与其他孔缝长度之比增大时,暗模式和明模式均发生红移,但高阶Toroidal模式位置不变;孔缝长度增加时,也有相同的现象发生,且在透射谱中低阶的暗模式以及明模式分别对应的最小值以及峰值均有略微上升;而特殊孔缝逐渐远离两个同尺寸孔缝时,发现低阶的暗模式发生红移,其余两个模式保持不变。而该结构中的FR4基底的厚度增加则会引起整个双重Fano共振的红移。3、基于以上研究,利用Fano共振结构构造了一种极化转换器件,其由90°旋转的两层三孔缝超表面以及一层带双L形孔缝的超表面组成,并以一系列参数化分析获得了实现窄带非对称传输现象的最佳结构参数。最后通过查看最佳结构参数下窄带非对称传输的电场、磁场以及电流密度的分布而给出了窄带非对称传输的形成机理。4、通过对带电粒子速度的参数化分析而探究了三孔缝超表面在引入表面电流时的远场辐射情况。分析了不同电子速度下,Smith-Purcell辐射的方向,为实现电子束可控方向的Smith-Purcell辐射提供了仿真基础。